Что означает теория в науке
Что такое теория и причем тут научный метод
У меня есть теория, что любую фразу можно превратить во что-то кажущееся невероятно глубокомысленным, если в конце приписать имя какого-нибудь древнего философа. Платон (оригинал).
Теория (греч. θεωρία — рассмотрение, исследование) — учение, система идей или принципов (вики). Именно в таком, самом широком смысле в обычно речи мы употребляем слово «теория» в каждодневной речи. Например, у меня есть теория почему машина не заводится — некоторый набор идей и выводов, объясняющий поломку. Однако, в научном мире теория имеет достаточно строгое и формальное значение и обязательно удовлетворяет определенному набору важных критериев.
Под катом много картинок и примеров, и совсем нет формул.
Научный метод
(картинка отсюда)
Наблюдения и вопросы
(картинка отсюда)
Проиллюстрируем данный этап известной легендой о Ньютоне и яблоке:
После обеда установилась тёплая погода, мы вышли в сад и пили чай в тени яблонь. Он [Ньютон] сказал мне, что мысль о гравитации пришла ему в голову, когда он точно так же сидел под деревом. Он находился в созерцательном настроении, когда неожиданно с ветки упало яблоко. «Почему яблоки всегда падают перпендикулярно земле?» — подумал он.
Первый этап работы научного метода — наблюдение: есть какая-то общая черта среди наблюдаемых событий, присутствует ли какая-то необычная черта, можно ли применить какую-то новую технологию в стандартных условиях, etc. Рука об руку с наблюдениями идут вопросы: необходимо из наблюдений выбрать необходимое и важное, для дальнейших исследований. Во многом вопросы определяют наблюдения, но и наблюдения определяют вопросы — фактически их стоит рассматривать исключительно вместе.
Но вопросы и наблюдения касаются исключительно действительного-физического мира, т.е. атомы, люди, галактики, общество, растения. Иными словами «сверхъестественное» лежит вне вопросов рассматриваемых в рамках научного метода.
Основа научного метода: гипотеза, данные и взаимосвязь
(фотография Венеры взята отсюда)
В качестве примера рассмотрим гипотезу (предсказание) Карла Сагана о поверхности Венеры (вики).
В 60-ые никто не представлял, какие же действительно условия на Венере. Тогда в 1960-ом году Карл Саган выдвинул гипотезу о том, что поверхность Венеры сухая и обладает невероятно высокой температурой. Гипотеза шла в разрез с представлением других о том, что поверхность Венеры может быть пригодной для жизни (динозавры на Венере). После выдвижения гипотезы, он занялся изучением доступных данных (радиоизлучения) с Венеры, и пришел к выводу, что поверхность имеет температуру в 500°C. В 1962-ом году Mariner 2 (автоматическая межпланетная станция) прошёл близко к Венере и подтвердил прогноз Сагана о её климате.
Каким интересным свойством обладает эта гипотеза? Данная гипотеза может быть опровергнута, так как она делает определенные и конкретные предсказания, которые могут быть проверены. Данное свойство называется фальсифицируемостью (также встречается название критерий Поппера). Заметим, что если гипотеза удовлетворяет критерию Поппера это совершенно не означает, что гипотеза верна. Например, гипотеза — «солнце состоит исключительно из фисташкового мороженого» удовлетворяет данному критерию, но гипотеза не является истинной.
Представим на секундочку, что мы откажемся от этого критерия в выдвижении гипотез, тогда мы получим интересную ситуацию описанную Расселом в 1952ом году.
Чайник Рассела
Многие верующие ведут себя так, словно не догматикам надлежит доказывать общепринятые постулаты, а наоборот — скептики обязаны их опровергать. Это, безусловно, не так. Если бы я стал утверждать, что между Землей и Марсом вокруг Солнца по эллиптической орбите вращается фарфоровый чайник, никто не смог бы опровергнуть моё утверждение, добавь я предусмотрительно, что чайник слишком мал, чтобы обнаружить его даже при помощи самых мощных телескопов. Но заяви я далее, что, поскольку моё утверждение невозможно опровергнуть, разумный человек не имеет права сомневаться в его истинности, то мне справедливо указали бы, что я несу чушь. Однако если бы существование такого чайника утверждалось в древних книгах, о его подлинности твердили каждое воскресенье и мысль эту вдалбливали с детства в головы школьников, то неверие в его существование казалось бы странным, а сомневающийся — достойным внимания психиатров в просвещённую эпоху, а ранее — внимания инквизиции.
Фактически, Чайник Рассела демонстрирует гипотезу, которая в своей формулировке содержит собственную неопровержимость. Что же такое фальсифицируемость? Это принципиальная возможность провести эксперимент, который бы опроверг данную гипотезу. Казалось бы это всего лишь утверждение о свойстве гипотезы, но оно в неявной форме так же содержит другое важное свойство — способность гипотезы совершать предсказания т.е. описывать какие-то новые неизвестные свойства и\или явления.
Как способность гипотезы предсказывать что-то связана с фальсифицируемостью? Если гипотеза что-то предсказывает, что что-то произойдет, значит, что она предсказывает, что что-то НЕ произойдет. Фальсифицируемая гипотеза предсказывает, что какое-то событие НЕ произойдет — это и есть тот самый опровергающий эксперимент (если событие А не произойдет, значит, что должно произойти какое-то другое событие B e.g. A — температура на Венере 50С и ниже, событие B — температура на Венере выше 50 градусов).
Интерпретация данных и результатов
(графики взяты из работы NASA Data.GISS)
Представьте себе, что ваша задача оценить рост (изменения) температуры земли во времени. Что будет исходными данными? Какой параметр необходимо оценить? По каким регионам необходимо усреднять? Что значит усреднять в данном случае?
Фактически никогда полученные данные не согласуются с предсказаниями — прежде всего это связано с различными неточностями, случайными (и не только) факторами. Поэтому прежде всего говорят о степени уверенности в результатах и дают некоторый доверительный интервал для результатов. Например, мы можем представить следующее утверждение: у нас есть 95%-ая уверенность в том, что среднее значение температуры в Самаре летом лежит между 21 и 26 градусами. Это значит, что если мы будем случайно выбирать год и измерять среднюю температуру за год в городе, то в 95% случаев среднее значение будет лежать в данном интервале. Таким образом работая с данными мы всегда указываем некоторые границы применимости и доверия к данным.
В целом, задача интерпретации и работы с данными не имеет какого-то единого и универсального подхода, но есть общие нормы, на которые стоит обратить внимание: наличие оценок на степень доверия данным, наличие расчета статистических ошибок и не менее важное соответствие данных здравому смыслу. Приведем классический пример.
Зависимость глобального потепления от количества пиратов в Карибском море
Данный пример иллюстрирует, что корреляция между данными не равносильно наличию причинно-следственной связи (как было показано знаменитым специалистом по статистике Фишером 150 лет назад).
Поиск причинно-следственных связей — это отдельная тема, стоит только отметить, что процесс это гораздо более трудоемкий и не всегда возможный.
Причем тут эволюция и медиа
Классическая фраза: «эволюция — это всего лишь теория», звучащая в совершенно разном контексте происходит прежде всего из-за непонимания термина «теория», который используется в науке. Эволюция является теорией в таком же смысле, как и гравитация Ньютона и квантовая механика (о разнице между законом и теорией написано здесь).
Но еще более важным для нас является употребление термина «теория», когда это касается различных информационных ресурсов. Прежде чем принимать какое-то утверждение (например «Новую Хронологию» или «теорию» катастроф Великовского), необходимо убедиться, что данная теория действительно разработана в соответствии с методологией.
Заключение
Самое прекрасное, что мы можем почувствовать — это неизвестность и загадка. Это тот самый источник настоящего искусства и науки. Тот кому это чувство чуждо, тот кто не может замереть в изумлении, всё равно что умер — ведь его глаза закрыты.
Самая главная черта и особенность метода состоит в его способности изменять наше представление об окружающем мире — наши знания и восприятие мира не статичны, а все время меняются отодвигая по чуть-чуть границу неизведанного. Именно этим он и отличается от всего остального — он признает, что мы еще многого не знаем и что нам предстоит долгий путь, чтобы это узнать.
ТЕОРИЯ НАУЧНАЯ
Полезное
Смотреть что такое «ТЕОРИЯ НАУЧНАЯ» в других словарях:
Теория научная — Под научной теорией, например, понимается наиболее развитая форма организации научного знания, дающая целостное представление о закономерностях и существенных связях изучаемой области действительности. Источник: Приказ Роспатента от 25.07.2011… … Официальная терминология
теория — научная это систематизированное описание, объяснение и предсказание явлений; попытка целостного представления закономерностей и существенных свойств определенных областей действительности, возникающая на базе широко подтверждаемых гипотез.… … Большая психологическая энциклопедия
Научная картина мира — (сокр. НКМ) одно из основополагающих понятий в естествознании особая форма систематизации знаний, качественное обобщение и мировоззренческий синтез различных научных теорий. Будучи целостной системой представлений об общих свойствах и… … Википедия
Научная модель мира — Научная картина мира (НКМ) (одно из основополагающих понятий в естествознании) особая форма систематизации знаний, качественное обобщение и мировоззренческий синтез различных научных теорий. Будучи целостной системой представлений об общих… … Википедия
Научная модель мироздания — Научная картина мира (НКМ) (одно из основополагающих понятий в естествознании) особая форма систематизации знаний, качественное обобщение и мировоззренческий синтез различных научных теорий. Будучи целостной системой представлений об общих… … Википедия
НАУЧНАЯ КАРТИНА МИРА — целостная система представлений об общих свойствах и закономерностях природы, возникающая в результате обобщения и синтеза осн. естеств. науч. понятий и принципов. Мировоззренч. и методологич. базой Н. к. м. является материалистич.… … Философская энциклопедия
Теория импетуса — (от лат. impetus толчок, импульс) средневековая теория, согласно которой причиной движения брошенных тел является некоторая сила (импетус), вложенная в них внешним источником. Теория импетуса появилась в результате критики некоторых положений… … Википедия
Теория моды (журнал) — Теория Моды Логотип журнала Специализация: научно культурологический журнал Периодичность: ежеквартальный Язык: русский Главный редактор … Википедия
Теория современной композиции — Теория современной композиции музыковедческая научная дисциплина, посвящённая изучению новых методов и техник музыкальной композиции в академической музыке II й половины ХХ века и по настоящее время, а также учебная дисциплина с аналогичным … Википедия
ТЕОРИЯ ПОЗНАНИЯ — Гносеология (от греч. gno sis знание, logos слово, понятие), Эпистемолог и я (от греч. episteme знание) раздел философии, исследующий природу человеческого познания, его источники и предпосылки, отношение знания к предмету познания, условия… … Философская энциклопедия
Научная теория
Понятие «научная теория» имеет разные значения: для противопоставления практике или гипотезе как непроверенному знанию в форме предположения; обобщение передовой практики отражением её в мышлении и воспроизведением реальной действительности. Теория непрерывно связана с практикой, которая ставит перед познанием задачи и требует их решения. Поэтому практика является органическим элементом теории. Каждая теория имеет сложную структуру. Так, в экономической теории можно выделить две части: формальные исчисления (экономико-математические модели, логические уравнения и др.) и «содержательную» интерпретацию (категории, законы, принципы). Последняя связана с философскими взглядами, мировоззрением ученого, с определенными методологическими принципами подхода к действительности.
Научная теория как форма организации знаний обеспечивает расширение сферы знания за пределами непосредственного наблюдения, поэтому она отличается от простой регистрации наблюдений и характеризуется наличием следующих элементов:
* Общих законов и сферы их применения, где она объясняет явления, которые происходят;
* Сферы предсказания неизвестных явлений;
* Логико-математического аппарата вывода следствия из законов;
Определение концептуальной схемы, без которого невозможно познание объектов этой теории.Экономические теории обусловлены историческими условиями, в которых они возникают, уровнем производства, социальными условиями, доминирующими в тот или иной период, которые способствуют или тормозят их познания. Поскольку теория возникает как обобщение познавательной деятельности и результатов практики, то она способствует преобразованию природы и общественной жизни.
Критерием истинности теории является практика хозяйственной деятельности людей, изменения в природе, обществе. Избежать ложных течений в науке помогает также изучение истории развития науки как эволюционным, так и революционным путём.
Научная теория
Научная теория в науках (также называемая эмпирическая теория) включает собрание понятий [1]как абстракции [2]заметных явлений [3], выраженные в виде измеряемых свойств вместе с правилами (названными научными законами), когда имеются специальные соотношения между наблюдаемыми явлениями. Научная теория строится, чтобы соответствовать доступным эмпирическим данным о таких наблюдаеиых явлений, и выдвинута как принцип или тело принципов для того, чтобы объяснить класс этих явлений. [1]
Научная теория — тип дедуктивной теории в том ее содержании (то есть эмпирических данных), когда может быть выражена в пределах некоторой формальной системы логики [4], где элементарные правила (то есть научные законы) взяты в виде аксиом. В дедуктивной теории, любое предложение, которое является логическим последствием [5] одной или большего количества аксиом, что является также предложением той теории. [2]
В гуманитарных науках, каждый находит теории, предмет которых (не только) касается не только эмпирических данных, а скорее идей. Такие теории находятся в области философских теорий, противопоставленных научным теориям. Философская теория не обязательно с научной точки зрения тестируема через эксперимент.
Содержание
Теории как модели
Теории главным образом построены, чтобы объяснить, предсказать, и справиться с явлениями (например, неодушевленными вещами, событиями, или поведением животных). О научной теории можно думать как о модели действительности, и её утверждений как аксиомы некоторой аксиоматической системы. Цель этого построения состоит в том, чтобы создать формальную систему, для которой действительность (объективная реальность) является единственной моделью. Мир — интерпретация (или модель) таких научных теорий, только по тому, что науки верны.
Описание и предсказание
Повторение научного философа Карла Поппера, <Карл Поппер>Стивен Хокинг [6] в Краткой Истории Времени [7] заявляет:
Любая физическая теория является всегда временной, в смысле, что это является только гипотезой; Вы никогда не можете доказывать это. Независимо от того, сколько времен результаты экспериментов соглашаются с некоторой теорией, Вы никогда не можете убеждаться, что в следующий раз результат не будет противоречить теории. С другой стороны, Вы можете опровергнуть теорию, находя даже единственное наблюдение, которое не соглашается с предсказаниями теории.
Невыводимость, но falsifiable природы теорий — необходимое последствие использования индуктивной логики [8].
Предположения при формулировании теории
. кое-что принятое без доказательства, и неправильно говорить о предположении как или истинный или ложный, с тех пор нет никакого способа доказать это, чтобы быть любой (Если бы был, то это больше не было бы предположение). Лучше рассмотреть предположения как или полезные или бесполезные в зависимости от того, соответствовало ли вычитание, сделанное от них действительности. С другой стороны, кажется очевидным, что предположения являются слабыми пунктами в любом аргументе, поскольку они должны быть приняты на вере в философию науки, которая гордится ее рационализмом. Так как мы должны начать где-нибудь, мы должны иметь предположения, но по крайней мере позволять нам иметь как немного предположений насколько возможно.
Пример: Специальная Теория Относительности
Как пример использования предположений, чтобы сформулировать теорию, рассмотрите, как Альберт Эйнштейн выдвигал его Специальную Теорию Относительности [10]. Он взял два явления, которые были соблюдены — это что дополнение скоростей является действительным (галилейское преобразование [11]), и тот свет, казалось, не имел дополнение скоростей (эксперимент Michelson-Morley). Он предполагал, что оба наблюдения были правильными, и сформулировал его теорию, основанную на этих предположениях, просто изменяя галилейское преобразование, чтобы приспособить нехватку дополнения скоростей относительно скорости света. Модель, созданная в его теории, поэтому, базируется при условии, что свет поддерживает постоянную скорость (или более обычно: скорость света — постоянная).
Пример: Птолемей
Различия между теорией и моделью
Центральной в природе моделью в отличие от общих моделей является модель, позволяющая сравнить модели, представленная для того(буквально, представление), чтобы описать специфические аспекты явления или манеры взаимодействия среди ряда явлений. Например, модель масштаба дома или солнечной системы — ясно не фактический дом или фактическая солнечная система; аспекты фактического дома или фактической солнечной системы, представленной в модели масштаба, только определенными ограниченными способами, представитель фактического юридического лица. Большинством предствляемых способов, которые имеют значение очевидны, что модель масштаба дома не дом. Несколько комментаторов (например, Reese и Сверхтонна 1970; Lerner, 1998; Lerner и Teti, 2005, в контексте моделирования человеческого поведения), заявили, что важное различие между теориями и моделями — то, что первое является объяснительным так же как описательным, в то время как второе является только описательным (хотя все еще прогнозирующим в более ограниченном смысле). Генерал моделирует и теории, согласно философу Стивену Пепперу (1948) [15] — кто также различает теории, и модели — основаны на метафоре корня, которая ограничивает, как ученые теоретизируют и моделируют явление и таким образом достигают тестируемых гипотез.
Существенные критерии
Особенность определения научной теории — та, что это делает фальсифицированые [16] или тестируемые предсказания [17]. Уместность и специфика тех предсказаний определяют, насколько потенциально полезна теория. Потенциальная теория, которая не делает никаких предсказаний, которые могут быть соблюдены, не полезная теория. Предсказания, не достаточно определенные и не проверенные одинаково не полезны. В обоих случаях, понятие теория едва применима.
Практически набор описаний знания [18] обычно только называют теорией, как только это имеет минимальное эмпирическое основание, и согласно определенным критериям:
Это поддержано многими рамками свидетельства, а не единственного фонда, гарантируя, что это — вероятно хорошее приближение, если не полностью правильное.
Несущественные критерии
Дополнительно, к теории вообще можно относятся серьезно, если:
Теории не должны быть совершенно точными, быть с научной точки зрения полезными.
Критерии для научного статуса
Карл Поппер [22] описал особенности научной теории следующим образом:
Можно подвести итог всего этого, говоря, что согласно Кнопке, критерий научного статуса теории является ее фальсифицируемостью, или refutability, или контролируемостью. Несколько философов и историков науки, однако, утверждали, что определение Кнопки теории как ряд falsifiable утверждения неправильно [3] потому что, поскольку Филип Кичер указал, если бы Вы взяли строго представление Popperian теории, наблюдения Урана когда сначала обнаружено в 1781 «фальсифицировали бы» астрономическую механику Ньютона. Скорее люди предложили, что другая планета влияла на орбиту Урана — и это предсказание было действительно в конечном счете подтверждено.
Kitcher соглашается с Кнопкой в том, что есть конечно кое-что прямо в идее, за которой наука может следовать, только если это может терпеть неудачу. [4] Он также принимает во внимание Hempel и критические анализы Куин Кнопки, в том смысле, что научные теории включают утверждения, которые не могут быть фальсифицированы (по-видимому, на что была ссылка на Распродажу как на произвольные элементы), и пункт, что хорошие теории должны также быть творческими. Он настаивает, чтобы мы рассмотрели научные теории как сложное собрание утверждений, некоторые из которых не falsifiable, в то время как другие — те, которые он называет как вспомогательные гипотезы.
Согласно Kitcher, хорошие научные теории должны иметь три особенности:
Как другие определения теорий, включая Кнопку, Kitcher проясняет, что хорошая теория включает утверждения, которые имеют (в её сроках) наблюдательные последствия. Но в случае, например, как наблюдение неисправностей в орбите Урана, фальсификация — это только одно возможное последствие наблюдения. Создание новых гипотез — другое возможное — и одинаково важно-наблюдательное последствие.
В физике
Педагогическое определение
В педагогических контекстах или в официальных изданиях научных организаций может быть провозглашено определение, типа следующего.
Согласно Национальной Академии Соединенных Штатов Наук [29],
Формальное научное определение теории весьма отличается от каждодневного значения слова. Это связано со всесторонним объяснением некоторого аспекта природы, который поддержан обширным набором данных. Много научных теорий так хорошо созданы, что никакое новое свидетельство, вероятно, не изменит их существенно. Например, никакое новое свидетельство не будет демонстрировать, что Земля не движется по кругу вокруг солнца (heliocentric теория), или что живые существа не сделаны из ячеек (теория ячейки), т.е., что они не составлены из атомов, или что поверхность Земли не разделена на твердые пластины, которые отодвинулись геологическая шкала времени (теория тектоники плит). Одно из самых полезных свойств научных теорий — то, что они могут использоваться, чтобы сделать предсказания о естественных событиях или явлениях, которые еще не были соблюдены. [7]
Согласно этому определению, теория должна быть хорошо поддержана свидетельством. Кроме того, существующая теория не была бы соответствующей для того, чтобы описать непроверенные но запутанные гипотезы или даже научные модели. Потребители науки могут найти вышеупомянутое определение полезным, оценивая законность и/или эффективность теории.
Теоретический срок
Теоретический срок иногда неофициально используется вместо гипотетического, чтобы описать результат, который предсказан в соответствии с теорией, но еще не был соответственно проверен наблюдением или экспериментом. Это весьма обычно для теории произвести предсказания, которые позже подтверждены или доказаны неправильными экспериментом. Выводом должно быть, что предсказание, доказанное неправильный экспериментом демонстрирует, что гипотеза недействительна. Это означает, что теория неправильна, или экспериментальная догадка была неправильна, и теория не предсказывала гипотезу
Научные законы
Научные законы подобны научным теориям, в которых они являются принципами, которые могут использоваться, чтобы предсказать поведение естественного мира. И научные законы и научные теории типично хорошо-поддерживаются наблюдениями и/или экспериментальным свидетельством. Обычно научные законы обращаются к правилам для того, как природа будет вести себя при определенных условиях. [8] Научные теории более перекрывают объяснения того, как природа работает и почему это показывает определенные особенности.
Общее неправильное представление — то, когда научные теории являются элементарными идеями, которые в конечном счете получат высшее преобразование в научные законы, если даже было накоплено достаточно много данных и свидетельств. Теория не изменяется в научный закон с накоплением нового или лучшего свидетельства. Теория будет всегда оставаться теорией, закон будет всегда оставаться законом. [9]